高科技打造世界最高鐵路－青藏鐵路

　　高寒、缺氧、凍土、缺水，是在地球“第三極”建設(shè)青藏鐵路的重大難題，也是對(duì)人類生存極限的挑戰(zhàn)。中國(guó)鐵路建設(shè)者和科研人員經(jīng)過(guò)多年科技攻關(guān)和探索，在歷經(jīng)一年的建設(shè)實(shí)踐中將高科技融入青藏鐵路建設(shè)，成功解決了這一系列難題，開(kāi)創(chuàng)了世界鐵路建設(shè)史上的奇跡。

　　青藏鐵路穿越五百四十七公里的多年凍土地段，全線海拔高于四千米的地段約有九百六十公里，最高處海拔為五千多米。青藏鐵路“高原”和“凍土”問(wèn)題是施工中需要重點(diǎn)解決的技術(shù)問(wèn)題，其特殊性和復(fù)雜性在世界上獨(dú)一無(wú)二。

　　在青藏鐵路總指揮部得知，青藏鐵路建設(shè)者針對(duì)凍土問(wèn)題，廣泛借鑒和吸收國(guó)內(nèi)外成功經(jīng)驗(yàn)，創(chuàng)造性地采取了相應(yīng)對(duì)策：對(duì)于不良凍土現(xiàn)象發(fā)育地段，線路盡量繞避；對(duì)于高溫極不穩(wěn)定凍土區(qū)的高含冰量地質(zhì)，采取“以橋代路”的辦法；采用通風(fēng)路堤、鋪設(shè)保溫層等新技術(shù)、新材料、新工藝，提高凍土區(qū)路基穩(wěn)定性，保證鐵路工程安全。

　　今年四月，中鐵十二局集團(tuán)有限公司經(jīng)過(guò)一百多次混凝土配合比正交試驗(yàn)及張梁送混凝土的工藝研究，成功預(yù)制出第一孔先張法預(yù)應(yīng)力混凝土T梁。這種青藏鐵路耐久梁是專門(mén)為高原凍土區(qū)“以橋代路”設(shè)計(jì)的一種梁型，具有耐凍循環(huán)和終身穩(wěn)定等特點(diǎn)，基本解決了青藏線凍土區(qū)橋梁預(yù)制難題。

　　青藏鐵路建設(shè)中的風(fēng)火山隧道是世界上海拔最高、凍土區(qū)最長(zhǎng)的高原永久凍土隧道，全部位于永凍層以內(nèi)。洞內(nèi)施工熱量對(duì)凍結(jié)圍巖產(chǎn)生很大影響，爆破后形成融化圈，使融巖整體性降低，地下冰川段融化后產(chǎn)生積水，影響隧道正常施工。因而，隧道掘進(jìn)時(shí)需要降溫，以保持圍巖的穩(wěn)定性，而襯砌時(shí)又必須升溫，以利于混凝土固結(jié)，這是永久凍土隧道施工的最大難題。為此，中科院西北科學(xué)院、鐵道部、中鐵二十局進(jìn)行了大量試驗(yàn)性研究，確定了“隨開(kāi)挖、隨支護(hù)、早封閉、快襯砌”的原則，在圍巖外形成保護(hù)層，并及時(shí)實(shí)施隔熱層作業(yè)，減少洞內(nèi)溫度向周邊圍巖擴(kuò)散而增大融化圈，一舉攻克了含土冰層地帶施工這一世界技術(shù)難題。

　　最近由中國(guó)鐵路工程總公司西北科學(xué)研究院完成的一份科研報(bào)告表明，熱棒技術(shù)有望成為解決青藏鐵路建設(shè)凍土問(wèn)題的好方法。初步測(cè)試結(jié)果表明，熱棒技術(shù)在解決青藏鐵路建設(shè)凍土問(wèn)題中達(dá)到了滿意的效果；在高原多年凍土路基處理的工點(diǎn)設(shè)計(jì)中采用熱棒技術(shù)冷卻青藏鐵路路基、增加路基冷儲(chǔ)是可行的。

　　據(jù)介紹，熱棒(又叫無(wú)芯重力式熱管、熱虹吸管)是一種高效熱導(dǎo)裝置，具有獨(dú)特的單向傳熱性能——熱量只能從地面下端向地面上端傳輸，反向不能傳熱。大規(guī)模使用熱棒后可以保持青藏鐵路沿線多年凍土處于良好的凍結(jié)狀態(tài)。

　　早在上世紀(jì)六十年代，中國(guó)鐵道部第一勘察設(shè)計(jì)院就在青藏高原風(fēng)火山一帶海拔四千七百米處設(shè)立了凍土觀測(cè)站和鐵路試驗(yàn)路基，開(kāi)始了高原凍土研究，取得了一系列重要的理論成果。專家經(jīng)過(guò)四十多年的科研攻關(guān)，對(duì)高原凍土分布與特征及工程地質(zhì)性質(zhì)有了較全面的認(rèn)識(shí)，基本掌握了防治不穩(wěn)定地區(qū)路基病害技術(shù)。

　　青藏鐵路昆侖山、風(fēng)火山隧道和清水河、北麓河、沱沱河等五個(gè)凍土工[Page] 程試驗(yàn)段、三十九個(gè)課題，涉及新技術(shù)、新工藝、新材料等各個(gè)方面的試驗(yàn)工作自去年八月下旬開(kāi)展以來(lái)進(jìn)展順利。路基、橋涵、隧道三大項(xiàng)九大類工程試驗(yàn)研究課題的科研成果已有初步結(jié)論。通過(guò)研究高原凍土穩(wěn)定性與工程的關(guān)系，專家總結(jié)出保持地基土凍結(jié)狀態(tài)、容許地基土在施工及運(yùn)行期間逐漸融化、在施工之前使凍土地基預(yù)先融化等不同凍土地溫帶的工程設(shè)計(jì)原則，并探索出合理控制路基高度、鋪設(shè)保溫層、以橋代路和筑通風(fēng)路基等一整套工程措施，找到了妥善解決凍土路基、橋梁、涵洞、隧道、站場(chǎng)工程技術(shù)問(wèn)題的方法。目前，各研究單位仍在繼續(xù)進(jìn)行觀測(cè)、試驗(yàn)、研究，力求在經(jīng)過(guò)凍融循環(huán)的全過(guò)程后提出更有價(jià)值的結(jié)論。

　　高原缺氧也給鐵路建設(shè)帶來(lái)了巨大障礙。由于缺氧，高原施工可能引發(fā)高原性肺水腫、腦水腫等各種高原病，危及建設(shè)者的生命健康。為此，青藏鐵路各參建單位建立了三級(jí)醫(yī)療機(jī)構(gòu)，配備了先進(jìn)的醫(yī)療設(shè)施。目前，高原室內(nèi)彌漫式供氧措施及方法、高原室內(nèi)供暖方式和降低室內(nèi)耗氧量途徑、高原隧道施工供氧途徑及方法三項(xiàng)科研成果已通過(guò)專家論證，并在青藏鐵路全線建設(shè)中推廣運(yùn)用，從而為廣大參建職工身體健康和工程安全提供了科學(xué)保障。在風(fēng)火山隧道建設(shè)中，由中鐵二十局和北京科技大學(xué)聯(lián)合研制的醫(yī)用高原制氧站可灌充四十升氧氣瓶以及各種便攜式氧氣瓶(袋)，并可向隧道內(nèi)進(jìn)行彌漫性供氧，通過(guò)氧氣管直接送氧到掌子面。由于采用科學(xué)的施工方法，到目前為止，全線建設(shè)中未發(fā)生一例因高原病而死亡的事故。

　　在高原施工，不僅人員會(huì)缺氧，機(jī)械也會(huì)因缺氧而帶來(lái)功能性障礙。當(dāng)前，中國(guó)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的鋪軌機(jī)、架橋機(jī)和內(nèi)燃機(jī)車在平均海拔四千米的青藏高原上功率會(huì)下降百分之四十至五十，一般最大坡度適應(yīng)能力為千分之十二，且因缺氧，燃料燃燒不充分產(chǎn)生大量廢氣、毒氣，造成環(huán)境污染。而青藏鐵路設(shè)計(jì)最大坡度為千分之二十，均為連續(xù)的長(zhǎng)、大坡度。為此，中鐵一局組織科技人員對(duì)青藏鐵路鋪架關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，提出了研制補(bǔ)氧增壓設(shè)備、改造機(jī)械、機(jī)車車輛設(shè)備、預(yù)防嚴(yán)寒、風(fēng)沙、雷電等一系列具體解決方案和措施，對(duì)鋪架設(shè)備的發(fā)動(dòng)機(jī)、牽引系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)等進(jìn)行了改造，增大了部分電器產(chǎn)品容量和絕緣等級(jí)，采用新型防紫外線技術(shù)和材料，提高了設(shè)備耐用性和抗風(fēng)能力。實(shí)驗(yàn)證明，經(jīng)改造后的鋪軌架橋機(jī)和內(nèi)燃機(jī)車，在千分之二十二的坡道上作業(yè)，動(dòng)力性能良好，制動(dòng)性能可靠，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常，環(huán)境污染極小，完全能夠滿足青藏鐵路鋪架施工的需要。